加墊法在懸式抽水蓄能機組軸線調(diào)整中的應用

孫成玲，申岳進，徐海水，劉 洋，司紅建，錢忠裕

（1.江蘇沙河抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇 溧陽 213333；2.大唐陳村水力發(fā)電廠，安徽 涇縣 242500）

0 簡介

沙河抽水蓄能電站安裝兩臺立軸單級混流可逆式水泵水輪機及三相立軸懸式風冷同步可逆式發(fā)電電動機組，單機容量50 MW，由GE 公司（原法國ALSTOM）設(shè)計制造，于2002 年6、7 月份相繼投入商業(yè)運行。自投產(chǎn)以來兩臺機組一直存在單上導限位無法盤車的問題。即每次盤車只能通過同時單上導、下導限位或者上導、水導限位的方式進行盤車，只能檢查轉(zhuǎn)動部件的軸向跳動，無法驗證機組軸線的曲直情況，即下導、水導處的徑向擺度值是否符合GE 標準[1]。

1 原因分析

2 號機組A 修期間對卡環(huán)、推力頭、鏡板、推力瓦、彈性油箱、連軸法蘭等關(guān)鍵部件（見圖1）進行逐一排查。

圖1 關(guān)鍵部件示意圖

1.1 轉(zhuǎn)動部件直線度不滿足要求

采用激光跟蹤儀對卡環(huán)形位尺寸進行測量檢查。檢查結(jié)果：卡環(huán)上平面對稱方位的高度差0.06 mm（見圖2），不滿足GB8564 標準不大于0.02 mm 的要求；卡環(huán)下端面平面度（見圖2）、推力頭圓柱度及其與卡環(huán)垂直度（見圖3）、鏡板平面度（見圖4）滿足要求。

圖2 卡環(huán)上、下端面平面度

圖3 推力頭圓柱度及其與卡環(huán)垂直度

圖4 鏡板平面度

卡環(huán)上平面對稱方位高差0.06 mm，致使軸線產(chǎn)生傾斜，反映到水導處軸線偏差達1.178 mm [（0.06×8 228）/419]，反映到上迷宮處軸線偏差達1.312 mm[（0.06×9 167.64）/419]，反映到下迷宮處軸線偏差達1.499 mm[（0.06×10 464.64）/419]。由于卡環(huán)上端面平面度不滿足要求，致使機組盤車時若僅放置上導瓦限位，則出現(xiàn)轉(zhuǎn)動部件傾斜，下迷宮動靜環(huán)接觸的現(xiàn)象，即無法盤車。

1.2 推力瓦水平不滿足要求

沙河抽水蓄能電站8 塊推力瓦安裝在彈性油箱上，彈性油箱主要由8 個支柱、8 片法蘭、8 個彈性金屬膜片、底座、密封件及連接螺栓等（見圖5）組裝成一個密閉的彈性裝置，其中彈性油箱內(nèi)部工作油壓為15 MPa。

圖5 彈性油箱

采用內(nèi)徑千分尺、游標卡尺、深度尺等對推力瓦支柱高度、彈性油箱法蘭高度、彈性油箱底座高度、推力瓦厚度等分別進行測量。結(jié)果如下：

8 塊推力瓦支柱本體高度：1 號72.12 mm，2 號72.02 mm，3 號72.06 mm，4 號72.04 mm，5 號71.96 mm，6 號71.91 mm，7 號72.02 mm，8 號72.08 mm，測量結(jié)果1 號、3 號、6 號、8 號不滿足要求，最大高差為0.21 mm，不滿足GE 標準。

彈性油箱法蘭內(nèi)徑1 號206.1 mm，2 號206.1 mm，3 號206.2 mm，4 號206.2 mm，5 號206.1 mm，6 號206.2 mm，7 號206 mm，8 號206.1 mm，推力瓦支柱外徑202~202.02 mm，即彈性油箱法蘭與推力瓦支柱配合間隙不滿足GE 標準。

8 塊推力瓦支柱置于彈性油箱內(nèi)的高度（測量點見圖6，單位mm）1 號（A：5.4；B：5.2；C：4.9；D：5.2），2 號（A：4.8；B：4.9；C：5.3；D：5.2），3 號（A：4.9；B：5.4；C：5.5；D：5.0），4 號（A：5.4；B：5.7；C：5.3；D：5.0），5 號（A：5.2；B：5.6；C：5.4；D：5.1），6 號（A：5.0；B：5.5；C：5.5；D：5.0），7 號（A：5.0；B：5.2；C：5.6；D：5.4），8 號（A：5.3； B：5.1；C：4.9；D：5.0）。8 個支柱最大高差達0.9 mm，同一支柱四個測量點最大高差達0.7 mm，不滿足GE 標準。

圖6 支柱高度測量點

8 個彈性油箱法蘭高度（以彈性油箱底座為基準高75 mm）和8 塊推力瓦厚度（139.82~139.84 mm）均滿足要求。

2 加墊調(diào)整

2.1 通用工藝

抽水蓄能機組軸線的測量和調(diào)整，包括發(fā)電電動機主軸軸線的測量和調(diào)整、發(fā)電電動機與水泵水輪機主軸連接后總軸線的測量調(diào)整，可分段逐項進行，也可以一并綜合進行。其中發(fā)電電動機主軸軸線的測量，是為了檢查主軸與鏡板的不垂直度，測出其數(shù)值和方位，通過采取加墊或者修刮卡環(huán)等措施，使機組各部位擺度符合標準要求[2]。

軸線測量前要做好以下準備工作：

（1）調(diào)整推力瓦受力，使鏡板處于水平狀態(tài)。

（2）在上導軸徑（推力頭外圓）、下導及水導軸徑處，沿圓周劃8 等分線，上下兩部分的等分線在同一方位上，按逆時針方向順次對應編號。具體做法：先在推力頭上作8 等分線，在+Y 處裝表，然后再在下導、水導+Y 處也裝表，采取點停方式，按上導編號編出下導、水導盤車號。

（3）安裝推力頭處的導軸瓦（懸式為上導瓦，傘式為下導瓦）用以控制主軸徑向位移，瓦面涂薄而均勻的透平油或豬油。瓦背抗重螺栓用扳手輕輕扳緊，以盤車過程中主軸位移在0.03~0.05 mm 為宜。

（4）檢查各轉(zhuǎn)動與固定部件縫隙處無異物卡阻及刮碰。

2.2 調(diào)整過程

沙河抽水蓄能電站主機屬于立軸懸式可逆式機組，整個轉(zhuǎn)動部件重量通過卡環(huán)、推力頭、鏡板、推力瓦、彈性油箱等落在上機架上。鑒于卡環(huán)上平面度、彈性油箱支柱高差、彈性油箱支柱與彈性油箱法蘭配合間隙存在超標問題，安全起見，現(xiàn)場采取了在推力頭與鏡板間加墊方式進行軸線調(diào)整[3]。

工藝過程：上導裝對稱5 塊瓦（單邊間隙0.02~0.03 mm），下導裝對稱3 塊瓦輔助，下導瓦的間隙值為單邊0.5 mm，目的是保障上下迷宮動靜環(huán)不接觸。盤車前上導+Y 和+X 方向分別設(shè)垂直方向2 塊百分表，上導、下導、水導互成90°方向垂直對應方位各設(shè)百分表2 塊。采取到點停的方式盤車，記錄盤車數(shù)據(jù)，同時用框式水平儀分別記錄推力頭上端面對應8 點處的旋轉(zhuǎn)水平。對旋轉(zhuǎn)水平進行分析計算，若鏡板旋轉(zhuǎn)水平滿足標準要求，則按照（1）工序進行后續(xù)工作；若旋轉(zhuǎn)水平不滿足標準要求，則先按照（2）工序進行后續(xù)工作，之后再按照（1）工序進行后續(xù)工作。

（1）分析下導、水導擺度數(shù)據(jù)，根據(jù)水導處的擺度數(shù)據(jù)計算出推力頭與鏡板間加墊的方位和厚度。

（2）根據(jù)旋轉(zhuǎn)水平數(shù)據(jù)，計算上機架8 個支腿的加墊厚度，再次盤車，待旋轉(zhuǎn)水平滿足標準要求后，再通過（1）工序?qū)C組軸線調(diào)整。

效果驗證：上導放對稱5 塊瓦（單邊間隙0.02~0.03 mm），下導放對稱3 塊瓦（單邊間隙0.02~0.03 mm），推力頭±Y 和±X 方向分別設(shè)垂直方向2 塊、水平方向2 塊百分表，上導、下導、水導互成90°方向垂直對應方位各設(shè)百分表2 塊。采取到點停的方式盤車，記錄盤車數(shù)據(jù)，同時用框式水平儀分別記錄推力頭上端面對應的8 點處的旋轉(zhuǎn)水平。分別對軸向跳動、旋轉(zhuǎn)水平、徑向擺度進行分析計算，均滿足標準要求。盤車工作結(jié)束。

導瓦安裝：機組彈性盤車后，導軸瓦回裝過程中，上導瓦單邊間隙0.23 mm（標準0.25±0.02 mm），下導瓦總間隙0.46 mm（標準0.5±0.04 mm），單邊間隙結(jié)合盤車數(shù)據(jù)確定，水導瓦總間隙0.46 mm（標準0.5±0.04 mm），單邊間隙結(jié)合盤車數(shù)據(jù)確定。

第一次盤車。盤車狀態(tài)：上導限位（5 塊上導瓦單邊0.03~0.05 mm），下導輔助（3 塊下導瓦單邊0.5 mm），水輪機部分處于自由狀態(tài)。盤車數(shù)據(jù)，水導最大全擺度1.21 mm 嚴重超標（GE 標準不大于0.39 mm，GB 8564 標準不大于0.32 mm），鑒于之前未進行過軸線調(diào)整工作，經(jīng)保守計算，在推力頭和鏡板之間6、7、8 方位（7 偏6）加0.05 mm 不銹鋼墊片。

第二次盤車。盤車狀態(tài)：上導限位，下導完全松開，水輪機部分處于自由狀態(tài)。盤車數(shù)據(jù)反應機組軸線趨好，即水導最大全擺度降為1.07 mm，經(jīng)計算進行第二次加墊，在6、7、8 方位（7 偏8）加0.05 mm不銹鋼墊片。

第三次盤車。盤車狀態(tài)同第二次。盤車數(shù)據(jù)改善明顯，即水導最大全擺度降為0.45 mm。通過數(shù)據(jù)計算結(jié)合前面兩次加墊情況，進行第三次加墊，在5、6、7 方位（6 偏5）加0.03 mm 不銹鋼墊片。

第四次盤車。此次盤車數(shù)據(jù)水導最大全擺度降為0.15 mm，完全滿足相關(guān)標準。

綜上所述，軸線調(diào)整后加墊情況為方位5 加墊0.03 mm，方位6 加墊0.08 mm，方位7 加墊0.1 mm，方位8 加墊0.05 mm。3 塊不銹鋼墊片分別穿過6、7方位的固定螺栓及8 方位的定位銷，并位于鏡板上端面12 mm 深止口內(nèi)，機組長期運行中無甩出風險。

3 取得成效

沙河抽水蓄能電站2 號機組通過4 次盤車、3次加墊的方式對機組軸線進行了調(diào)整。調(diào)整后靜態(tài)盤車時下導、水導處凈擺度由起初的0.52 mm、1.21 mm 降為0.08 mm、0.14 mm，同時滿足GE 標準和GB 8564 標準。動態(tài)運行時機組穩(wěn)定性試驗及動態(tài)運行數(shù)據(jù)表明2 號機組振動、擺度、瓦溫等均得到明顯改善。

上導擺度分別比首輪A 修后、本次A 修前降低29%、33%；下導擺度分別降低18%、20%；水導擺度特別是在抽水工況下大幅降低，平均值分別降低30%、32%；頂蓋振動分別降低44%、44%；尾水管振動分別降低22%、23%。由此可見，軸線調(diào)整后機組振動、擺度等主要運行參數(shù)得到了大幅改善，達到ISO 7919-5 標準的A 區(qū)水平（即最優(yōu)水平，機組可不加限制地運行），對機組長期安全穩(wěn)定運行意義重大。

表1 軸線調(diào)整后機組振擺參數(shù)對比

機組整體運行溫度較修前明顯降低（約8~9℃）。另外，各軸瓦溫度也較去年同期有不同程度下降，分別降低約3~4℃。機組運行溫度的降低，有利于各部件運行壽命的延長。

表2 機組溫度參數(shù)對比

4 結(jié)語

沙河抽水蓄能電站于2023 年2 號機組A 修期間通過綜合論證，采取了在推力頭與鏡板間加墊的方式對機組軸線進行調(diào)整，調(diào)整后機組運行穩(wěn)定性得到大幅改善，綜合運行水平縱向比較優(yōu)于投產(chǎn)初期及上一輪A 修后水平，橫向比較整體優(yōu)于1 號機組，達歷史最優(yōu)。同時結(jié)束了困擾電站多年的僅設(shè)單上導限位無法盤車的歷史。該工藝的成功實施可為同類機組解決類似問題提供參考。